CN111778154B - 一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，包括：电机本体，所述电机主体通过电机支架安装在发酵罐上，用以对所述发酵罐提供动力，所述电机本体的电机输出轴与发酵罐搅拌轴直驱连接；水冷结构，包括进水口、出水口和水道，所述进水口和所述出水口设置在所述水道两端，所述水冷结构安装在电机外壳上，用以对所述电机进行降温；控制系统：所述控制系统包括温度传感器组、进水口温度调节组、流量传感器组、止流阀组和控制器，通过所述控制器对进水口温度和流量的调节实现实时对电机输出轴的温度调节控制，以使电机处于标准工作温度。

Description

一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统

技术领域

本发明涉及发酵罐搅拌驱动系统领域，尤其是一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统。

背景技术

在制药类企业中，发酵罐的搅拌驱动系统需要消耗大量电能，因此制药类企业一直在努力节能降耗。目前发酵罐的搅拌驱动系统主要采用异步电机和减速器，为保证电机的散热还需要增加通风换热系统。然而，异步电机的工作效率不高，齿轮传动或者皮带传动系统会进一步降低系统工作效率。而且，通风换热系统还直接将电机的热耗转移到工作车间内，显著的提高了车间内的环境温度。因此，以上驱动系统，具有额定效率较低，风噪大，工作环境温度较高，电机工作温度难以控制等问题。

例如，公告号为CN208586296U的中国实用新型专利，公开了“一种基于生物工程的发酵罐搅拌器”，其结构包括通气盖、电机、减速机、上盖、辅料口、底座、发酵罐，本实用新型公开了一种型号为YW系列的三相异步电机，通过减速机与搅拌轴连接进行搅拌工作，该发酵罐的搅拌驱动系统额定效率较低。又如，公告号为CN207276627U的中国实用新型专利，公开了“一种生物制药发酵罐”，包括罐体、电机、搅拌轴、搅拌叶、加料口，本实用新型旨在控制发酵温度，同样忽视了电机效率问题。再如，公告号为CN209260061U的中国实用新型专利，公开了“一种制药发酵罐装置”，包括制药发酵罐、进药口、电机、支架连接板、发酵罐支架、支腿调节杆、支腿、紧固插杆，本实用新型旨在提高发酵罐的稳定性，对发酵罐的搅拌驱动系统的效率问题没有考虑。这样的发酵罐的搅拌驱动系统的效率较低，并且属于自然风冷，风噪大，工作环境温度较高。

因此，本发明提供一种新型驱动系统装置的控制系统，具有较高的工作效率，省去中间的传动装置，显著降低工作损耗，对工作环境温度影响较小，降低环境噪音，并通过控制系统对电机输出轴的温度进行实时的控制和调整。

发明内容

为此，本发明提供一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，用以克服现有技术中发酵罐的搅拌驱动系统工作环境温度较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其特征在于，包括：电机本体，所述电机主体通过电机支架安装在发酵罐上，用以对所述发酵罐提供动力，所述电机本体的电机输出轴与发酵罐搅拌轴直驱连接；水冷结构，包括进水口、出水口和水道，所述进水口和所述出水口设置在所述水道两端，所述水冷结构安装在电机外壳上，用以对所述电机进行降温；控制系统，其包括温度传感器组、进水口温度调节组、流量传感器组、止流阀组和控制器，所述温度传感器组包括第一温度传感器组和第二温度传感器组，所述第一温度传感器组设置在所述电机输出轴上，所述第二温度传感器组设置在所述进水口管道上，所述进水口温度调节组、所述流量传感器组和所述止流阀组均设置在所述进水口管道上，所述控制器电连接所述温度传感器组、进水口温度调节组、流量传感器组和止流阀组；

其中，所述控制器内储存有进水口标准流量Qo，进水口水流最低温度为To，电机输出轴的最低温度为tmin，电机输出轴的最高温度为tmax，电机输出轴标准温度为to，所述控制器将所述第一温度传感器组测出的实时温度ts与电机输出轴的标准温度to相比较，判断电机输出轴需要降温还是升温，控制器控制止流阀组对进水口的实时水流量Qs进行控制调整和控制，所述进水口温度调节组对进水口水温度Ts实时进行调整。

进一步地，所述止流阀组包括第一止流阀和第二止流阀，所述第一止流阀设置在所述进水口管道的预设位置，关闭所述第一止流阀能够完全截断进水口水流，所述第二止流阀设置在所述第一止流阀与进水口的中间位置，关闭所述第二止流阀能够部分截断所述进水口水流。

进一步地，当电机输出轴实时温度ts低于电机输出轴最高温度tmax且高于电机输出轴最低温度tmin时，判断电机输出轴实时温度ts与to+a和to-a的关系，当电机输出轴实时温度ts大于to+a，判断所述电机输出轴需要降温，所述控制器控制所述第二止流阀按照预设的第一流量Q1开启时间T1，以使所述进水口水流量的增大；同时所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调低，以使电机输出轴实时温度ts小于to+a；当电机输出轴实时温度ts小于to-a，判断所述电机输出轴需要升温，所述控制器控制第二止流阀按照第二预设流量Q2开始时间T2，以使所述进水口水流量的减少；同时所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调高，以使电机输出轴实时温度ts大于to-a，此时再重新判断实时流速Qs和标准流速Qo的关系。

进一步地，当所述电机输出轴实时温度ts大于电机输出轴最高温度tmax时，所述控制器控制所述第二止流阀工作，以使所述进水口实时水流量Qs达到标准流量Qo，同时控制器控制进水口温度调节组工作，对进水口温度进行调低控制，直到电机输出轴温度ts在标准温度to的a容差范围内；

当所述电机输出轴实时温度ts小于电机输出轴最低温度tmin时，所述控制器控制第二止流阀工作，以使所述进水口实时水流量Qs降低为标准流量Qo的一半，同时控制器控制进水口温度调节组工作，对进水口温度进行调高控制，直到电机输出轴温度ts在标准温度to的a容差范围内。

进一步地，所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调低，以使电机输出轴实时温度ts小于to+a，在该过程中，

所述温度调节组按照第一预设温度调节方式调节，

ts＝ts1-Tx(tmax-tmin)/T3

T3表示预设的调节时间，ts1表示电机输出轴初始测定超过于预设to+a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T1。

进一步地，所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调高，以使电机输出轴实时温度ts大于to-a，在该过程中，

所述温度调节组按照第二预设温度调节方式调节，

ts＝ts2+Tx(tmax-tmin)/T4

T4表示预设的调节时间，ts2表示电机输出轴初始测定小于预设to-a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T2。

进一步地，所述电机输出轴下端设置有油封，所述油封包括第一道油封和第二道油封，所述第一道油封包括油封支撑盖和V型密封圈，所述第二道油封包括油封支撑盖和唇形密封圈；所述电机输出轴的转动通过圆锥滚子轴承支撑，所述圆锥滚子轴承通过轴承支撑盖固定在电机下端。

进一步地，所述V型密封圈与所述电机输出轴紧密配合，并通过所述V型密封圈的触角接触所述油封支撑盖，形成第一道油封；所述唇形密封圈粘贴在所述油封支撑盖上，并通过所述唇形密封圈的内圈与所述电机输出轴紧密配合，形成第二道油封。

进一步地，所述油封支撑盖通过螺栓固定到所述轴承支撑盖上，所述油封支撑盖与所述轴承支撑盖均设有密封沟槽结构，装配时在所述密封沟槽中安装密封条；

所述电机本体所用转子为轮毂转子，所述轮毂转子固定在电机输出轴上。

进一步地，所述电机输出轴与所述发酵罐搅拌轴通过联轴器直驱连接，所述电机输出轴特定区域喷涂绝缘涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述的一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其发酵罐搅拌动力来自于电机，并且是以通过联轴器直驱形式驱动发酵罐搅拌轴，取代传统的齿轮箱或者皮带传动形式，利用电机功率效率高以及功率因数高的特点，高效节能，具有提高工作效率，降低机械损耗，减小电能损耗的作用，解决了传统发酵罐搅拌驱动系统额定效率较低的问题。

进一步地，本发明的电机本体的电机输出轴与发酵罐搅拌轴直驱连接，通过减少齿轮传动或者皮带传动过程中的消耗，从结构上节省电能的消耗；通过水冷结构的设置，减少了电机的通风换热系统设置，而且通过控制系统对温度的精准控制，能够提高发酵罐搅拌动力的工作效率，更加有效的减少电能的损耗。

进一步地，电机采用水冷结构进行散热降温，取消了传统的风冷结构，并且通过控制系统可以对温度进行实时的监控和控制，在根本上解决了需要对电机进行风冷带来的风噪大的问题。同时，取消用于风冷的通风系统，无需直接向空气中通风散热，解决了工作环境温度较高的问题，通过对温度的实时控制调节，进一步的节约能耗，减少不必要的损耗。

进一步地，V型密封圈与电机输出轴紧密配合，并通过触角接触着油封支撑盖，形成第一道油封，唇形密封圈粘贴在油封支撑盖上，并通过内圈与电机输出轴紧密配合，形成第二道油封，电机采用的两道油封形成组合油封方式，能够有效防止漏油现象。油封支撑盖通过螺栓固定到轴承支撑盖上，便于拆卸，方便及时查看润滑油脂的剩余量和品质状态，便于油封等易损件的及时更换及电机维护。轮毂转子方案可以有效减小硅钢损耗，降低电机制造成本。

尤其，本发明所采用的控制系统，该系统包括温度传感器组、进水口温度调节组、流量传感器组、止流阀组和控制器，控制器将第一温度传感器组测量的电机输出轴实时温度ts与标准温度to相比较，同时，所述控制器将所述流量传感器组测出的实时流量Qs与标准流量Qo相比较，进而控制所述止流阀组，与此同时，所述控制器还对第二温度传感器组测量的所述进水口的水温进行测量，通过实时水温Ts与最低温度To相比较，进而控制所述进水口温度调节组，通过进水口水流量和水温的精密控制，达到了精确控制所述电机输出轴温度的目的，保证了电机处在最佳的工作温度中。

尤其，本发明通过对电机输出轴温度不但能够降温，而且，能够降低，以便使得发酵罐的整体环境温度能够达到预设的范围，避免影响发酵罐的使用环境。在对电机输出轴的温度进行调整时，采取检测确定时刻低于或者高于预设温度的时间点，并通过线性方式，结合预设的最大温差值以及不同的预设调节周期，确定线性变化的调节方式，以通过柔性方式对发酵罐的温度进行调整。

在实际的应用中，能够通过电机输出轴的温度与发酵罐的温度间的线性关系进而实现发酵罐的温度调控，满足发酵过程中不同阶段的温度需求，同时也能够根据不同的发酵物的温度要求进行调制，控制器对实时温度的升高或者降低的时间点的控制和通过电机输出轴与发酵罐的线性关系结合，实现快速升温或降温的操作；控制器对时间的调整使得电机输出轴的温度在时间上呈现线性变化，通过发酵罐与电机输出轴的线性关系，从而对发酵罐的温度进行调整，通过对调整时间的长短控制，实现发酵罐温度高低的快速调整和缓慢调整以适应适应不同微生物的不同生长环境。

附图说明

图1为本发明实施例的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统安装在发酵罐体上的结构示意图；

图2为本发明实施例的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统的水冷结构的示意图；

图3为本发明实施例的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统的电机下端的轴伸处局部剖视图；

图4为本发明实施例的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统的电机本体的剖视图；

图5为本发明实施例的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机包括电机本体1和水冷结构，其中，电机本体1通过电机支架3安装在发酵罐5上，水冷结构安装在电机外壳上，电机本体1的电机输出轴2与发酵罐5搅拌轴4连接。当电机开始工作的时候，电机本体1通过电机输出轴2向外输出动力，发酵罐5搅拌轴4通过与电机输出轴2的连接，从而使发酵罐5搅拌轴4转动，其中，电机输出轴2与发酵罐5搅拌轴4的通过联轴器6直驱连接，直驱连接的方式可以将电机本体1的动力直接传递给发酵罐5搅拌轴4，发酵罐5搅拌轴4在发酵罐5内转动，从而达到搅拌的目的，而且省略了传统的减速机或皮带传动，降低了机械损耗的问题，进一步地解决了传统发酵罐5搅拌驱动系统额定效率较低的问题；联轴器6的连接方式可以设置为法兰式或者抱夹式等其他联轴器6的连接方式，并不限定联轴器6的结构为本发明实施例中的法兰式结构，一切以具体实施为准。

请参阅图2所示，具体而言，水冷结构安装在电机外壳上，用以对电机进行降温，水冷结构包括水道7、进水口8和出水口9，进水口8和出水口9设置在水道7两端，进水口8的水流量能够通过水流量检测器对其管道内的水流量进行检测，从而可以根据实际情况去实时调节电机温度。当水冷结构开始运行的时候，水冷结构设置的进水口8和出水口9通过水流进行散热降温，从进水口8输入温度较低的水，经过水道7，流过电机本体1大部分区域，带走热量，从出水口9流出；电机本体1所采用的水冷结构形式，取消了传统的风冷结构，解决了需要对电机进行风冷带来的风噪大的问题，同时因为采用水冷结构，取消了用于风冷的通风系统，无需直接向空气中通风散热，不会对周围环境温度产生很大影响，而且噪音更小，从而避免了传统电机的风冷模式直接向车间大量散热带来的环境温度过高问题，而且控制系统会对水冷结构进行监控和控制，更加精准的控制能够使电机降低能耗。

请参阅图3-4所示，电机输出轴2的转动通过圆锥滚子轴承13支撑，圆锥滚子轴承13通过轴承支撑盖14固定在电机下端，这样的结构更加的稳固；当电机开始工作的时候，电机输出轴2转动，通过圆锥滚子轴承13的支撑，从而固定电机输出轴2的位置，不会出现左右晃动的情况出现，圆锥滚子轴承13通过轴承支撑盖14固定设置在电机下端，从而使电机输出轴2通过圆锥滚子与轴承支撑盖14的结合，结构上更加稳固，这样的组合若出现圆锥滚子损耗或轴承支撑盖14有损耗的时候，可以通过只更换其中一个物体就可以实现替换，可拆卸的结构设置使电机输出轴2的后期维护更加方便便捷，固定连接的结构设置使整个电机在转动过程中不易出现松动的情况；尤其是，电机输出轴2下端设置有油封，油封包括第一道油封和第二道油封，第一道油封包括油封支撑盖12和V型密封圈10，第二道油封包括油封支撑盖12和唇形密封圈11，其中，V型密封圈10与电机输出轴2紧密配合，并通过V型密封圈10的触角接触油封支撑盖12，形成第一道油封；唇形密封圈11粘贴在油封支撑盖12上，并通过唇形密封圈11的内圈与电机输出轴2紧密配合，形成第二道油封；油封支撑盖12通过螺栓固定到轴承支撑盖14上，维护时方便将油封支撑盖12取下，更换新的密封件，提升了电机的可维护性，而且两道油封的设置能够有效防止漏油现象。

具体而言，本发明实施例中，当电机本体1工作时，电机输出轴2的转动靠圆锥滚子轴承13支撑，轴承支撑盖14用于固定圆锥滚子轴承13，圆锥滚子轴承13是由带滚子与保持架组件的内圈组成的圆锥内圈组件可以与圆锥外圈分开安装。圆锥滚子轴承13主要承受以径向为主的径、轴向联合载荷；圆锥滚子轴承13承载能力取决于外圈的滚道角度，角度越大承载能力越大，圆锥滚子轴承13的设置可根据实际应用中选用不同的配置以满足不同规格的发酵罐5的使用，一切以具体实施为准；其中，组合的油封设置在避免出现漏油的现象，本发明实施例中，油封组合设置为两个，包括第一道油封和第二道油封，第一道油封的设置选用V型密封圈10与电机输出轴2紧密配合，并通过触角接触着油封支撑盖12，形成第一道油封；其次，由唇形密封圈11粘贴在油封支撑盖12上，并通过内圈与电机输出轴2紧密配合，形成第二道油封；其中，第一道油封是动态密封，通过V型密封圈10与电机输出轴2表面之间的接触，起到第一道密封的效果，同时也是油封的最重要的一步；其次，第二道油封是腔体的密封，本发明中设置的是唇形密封圈11粘贴在油封支撑盖12上，通过内圈与电机输出轴2的紧密配合，油封唇部与轴界面之间形成一层流体动压油膜，这层油膜能够起到密封作用。这层油膜不但可以起到密封流体介质的作用，还可以起到唇与轴之间的润滑作用，由于油封在动态下经常是处于边界润滑、流体润滑和干摩擦润滑状态交替共存的情况。因此，保证油膜厚度在适宜的范围便可以实现良好的密封功能。本发明中采用两道油封设置在结构上简单，易加工，而且油封重量轻，不会对整体电机的运行产生过大的消耗，而且安装的位置小，从结构上解决了密封不紧密的情况，同时，油封的可拆卸结构设置，方便后期维护拆修，可拆卸的结构设置方便及时查看润滑油脂的剩余量和品质装置，便于油封的其他易损件的及时查看和更换，更好的维护电机。而且，油封支撑盖12与轴承支撑盖14之间均留有密封沟槽结构，装配时安装密封条，从而实现对轴承室的完全密封，起到了密封作用，能够有效防止漏油现象。具体而言，油封支撑盖12通过螺栓固定到轴承支撑盖14上，维护时方便将油封支撑盖12取下，更换新的密封件，提升了电机的可维护性，采用油封组合的方式，更大程度的减少了漏油现象的发生；电机本体1所用转子为轮毂转子15，轮毂转子15固定到电机输出轴2上，有效减小硅钢损耗，降低电机制造成本。而且，本发明实施例中，电机输出轴2的特定区域喷涂绝缘涂层，可以大幅降低轴电流，减小轴电流对电机轴使用寿命的损害。

具体而言，本发明还提供了一种用于发酵罐5搅拌动力的智能电机控制系统，该系统包括温度传感器组、进水口8温度调节组、流量传感器组、止流阀组和控制器。

其中，温度传感器组包括一个设置在电机输出轴2附近的第一温度传感器，该第一温度传感器用以检测电机输出轴2的实时温度；温度传感器组还包括第二温度传感器组包括设定在水冷结构附件的第二温度传感器，该第二温度传感器用以检测进水口8进水的实时温度。

在本发明的一些实施例中，温度传感器组还可以包括多个第一温度传感器，这些第一温度传感器均安装在电机输出轴2附近，对这些传感器测出的温度值取平均值来表示电机输出轴2的温度ts，以减小误差；第二温度传感器也可以设置多个传感器，这些第二温度传感器均设置在进水口8附件，对这些传感器测出的温度值取平均值来表示进水口8的实时温度Ts，采用多组传感器的数据可以使得数据的准确性更高，减少因只设置一个温度传感器对温度的检测出现误差的情况出现。

具体而言，流量传感器组包括设置在进水口8附近的第一流量传感器，用以检测进水口8的实时流量Qs。在本发明实施例中，流量传感器还可以包括多个第一流量传感器，这些第一流量传感器均安装在进水口8附近，对这些传感器测出的流量值取平均值来表示进水口8实时流速Qs，当然，本发明并不限定流量传感器的具体结构和方式，实际应用中也可以采用设置电磁流量计、超声波流量计或者可以外界传感器将传感器固定在管道外侧的方式，一切以具体实施为准。

本发明实施例中，止流阀组包括第一止流阀和第二止流阀，其中，第一止流阀设置在进水口8的管道上，第一止流阀闭合后可完全截断进水口8，进而使进水口8水量无法流出，暂时性的关闭水冷结构；第二止流阀设置在第一止流阀与进水口的中间任意位置，可设置在中间，或者靠近进水口8出口位置，关闭第二止流阀能够部分的截断进水口8水流，具体截断的占比，可以根据实际情况设置，可以设置截断进水口8总流量的一半或者五分之一或者三分之一，具体根据实际情况来设置，第二止流阀闭合后可部分进水口8水流量，进而限制喷头进水口8的流速。具体而言，第二止流阀可控制进水口8的水流量设置为进水口8标准水流量的占比。

具体而言，进水口8温度调节组通过对进水口8流量温度的调高或者调低，其中，进水口8温度的最低温度为To，根据控制器的分析控制进水口8温度调节组对温度进行调低或者调高的操作，但最低不得低于To的温度，具体而言，最高温度为100度，但考虑到是为了电机降温设置，故此处暂不设置进水口8的最高温度，如电机本体1不需要降温的时候，通过止流阀关闭水冷结构的方式调整。

本发明中的控制器分别与温度传感器组、进水口8温度调节组、流量传感器组和止流阀组连接，本发明所述的控制器为一个PLC控制板，该控制器设置在电机本体1的外壁上，用以接收来自第一温度传感器组、第二温度传感器组、进水口8温度调节组、流量传感器组和止流阀组的电信号，进而控制止流阀组的工作状态。本领域所述技术人员可以理解的是，控制器还设有通信接口，工作人员编写的程序可通过该通信接口导入该控制器。

具体而言，控制器中储存有进水口8标准流量Qo，最低温度为To，电机输出轴2的最低温度为tmin，电机输出轴2的最高温度为tmax，电机输出轴2的标准温度为to，这里的标准流量在在保证电机本体1正常运转的前提下进水口8水流的理想流量；这里的最低温度是指进水口8的水流的最低温度，这里的最大压力tmax是指当电机输出轴2的正常工作过程中所能承受的最高温度，这里的最低压力tmin是指当电机输出轴2的正常工作过程中所需要的最高温度，这里的电机输出轴2的标准温度to是指电机本体1正常工作的过程中效率最高最不耗损电机的温度电机轴在工作状态中最佳温度to，设定电机输出轴2的最佳工作温度范围为大于to-a且小于to+a的区间范围，a为根据实际情况设定的容差值。

具体而言，控制器对于温度的具体控制工作过程为：在正常工作的情况下，第一温度传感器组实时检测电机输出轴2的实时温度，并输出给控制器，通过控制器对第一温度传感器的数据进行分析，当电机输出轴2实时温度ts低于电机输出轴2最高温度tmax且高于电机输出轴2最低温度tmin时，判断电机输出轴2实时温度ts与to+a和to-a的关系，当电机输出轴2实时温度ts大于to+a，判断电机输出轴2需要降温，所述控制器控制所述第二止流阀按照预设的第一流量Q1开启时间T1，以使所述进水口8水流量的增大；同时所述控制器控制所述进水口8温度调节组进行温度调低，以使电机输出轴2实时温度ts小于to+a；当电机输出轴2实时温度ts小于to-a，判断电机输出轴2需要升温，控制器控制第二止流阀按照第二预设流量Q2开始时间T2，以使所述进水口水流量的减少；同时控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调高，以使电机输出轴2实时温度ts大于to-a，此时再重新判断实时流速Qs和标准流速Qo的关系。

具体而言，控制器分析出电机输出轴2的实时温度ts，当ts大于tmax，且Ts大于To时，控制器控制第二止流阀工作，进而使进水口8的实时水流量Qs可以达到最大流量即标准流量Qo，同时实时分析第二温度传感器组的温度Ts，直至电机输出轴2温度s在标准温度to的a容差范围内；当控制器分析出电机输出轴2的实时温度ts，当ts小于tmin时，控制器控制第二止流阀工作，使进水口8实时水流量Qs降低，同时调节温度调节组进行工作，对进水口8水流温度进行调高控制，直到电机输出轴2温度ts在标准温度to的a容差范围内。

具体而言，本发明实施例中，控制器对进水口温度调节组进行温度调低操作时，使电机输出轴实时温度ts小于to+a，在该过程中，温度调节组按照第一预设温度调节方式调节，ts＝ts1-Tx(tmax-tmin)/T3，T3表示预设的调节时间，ts1表示电机输出轴初始测定超过于预设to+a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T1。而当控制器所述进水口温度调节组进行温度调高，以使电机输出轴2实时温度ts大于to-a，在该过程中，温度调节组按照第二预设温度调节方式调节，ts＝ts2+Tx(tmax-tmin)/T4，T4表示预设的调节时间，ts2表示电机输出轴初始测定小于预设to-a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T2。通过进水口8温度调节组降低进水口8进水的温度，从进水口8的温度和流量两方面的实时调整，可以快速使电机输出轴2恢复到标准温度。当控制器控制第二止流阀保持标准流量Qo状态，同时第二温度传感器的温度Ts调整到To的过程中，实时检测分析电机输出轴2的温度，当电机输出轴2的温度ts小于tmax且ts大于tmin时，再次控制第二止流阀工作，进而使进水口8的水流量恢复到总流量的1/2，同时不再降低进水口8的温度，此时再重新判断电机输出轴2的实时温度和标准温度间的关系，直至调整电机输出轴2温度ts大于to-a且小于to+a区间的时候，停止调整并实时监测。

具体而言，控制器分析出电机输出轴2的实时温度ts，当ts大于tmax，且Ts等于To时，控制器控制第二止流阀工作，进而使进水口8的水流量可以达到最大流量即标准流量，通过进水口8流量的方面的实时调整，因为此时进水口8的温度为最低温度，所以在最低温度和最大水流量的作用下，可以快速使电机输出轴2恢复到标准温度to。当控制器控制第二止流阀保持标准流量Qo状态时，实时检测分析电机输出轴2的温度，当电机输出轴2的温度ts小于tmax且ts大于tmin时，再次控制第二止流阀工作，进而使进水口8的水流量恢复到总流量的1/2位置，此时再重新判断电机输出轴2的实时温度和标准温度间的关系，直至调整电机输出轴2温度ts大于to-a且小于to+a区间的时候，停止调整并实时监测。

具体而言，控制器分析出电机输出轴2的实时温度ts，当ts小于tmin，且Ts大于To或者Ts等于To时，控制器控制第二止流阀工作，进而使进水口8的水流量可以达到最小流量1/，同时实时分析第二温度传感器组的温度Ts，通过进水口8温度调节组调高进水口8进水的温度，从进水口8的温度和流量两方面的实时调整，同时可以快速使电机输出轴2恢复到标准温度to。当控制器控制第二止流阀保持最小流量状态，同时第二温度传感器的温度Ts调整到To的过程中，实时检测分析电机输出轴2的温度，当电机输出轴2的温度ts小于tmax且ts大于tmin时，再次控制第二止流阀工作，进而使进水口8的水流量恢复到总流量的1/2，同时不再升高进水口8的温度，此时再重新判断电机输出轴2的实时温度和标准温度间的关系，直至调整电机输出轴2温度ts大于to-a，小于to+a区间的时候，停止调整并实时监测。在这种情况下，也可以根据实际情况设置，当电机输出轴在较低温度运行时，暂时不需要水冷结构进行降温的时候，可以控制第一止流阀工作，截断进水口水流量，从而使水冷结构暂时不工作，当电机运行一段时间，温度上升，需要降温的时候再通过控制器控制第一止流阀，打开进水口水流量，从而启动水冷结构。

具体而言，所述进水口温度调节组为若干加热丝，可对进水温度进行加热以及制冷控制，在少量加热丝工作时，可起到降温作用，在多量加热丝工作时，可提升加热温度。当然本领域技术人员，也可采用其他控制加热以及制冷方式，如同时采用加热丝与散热片的结构，或者，采用散热片结构。

具体而言，控制器分析出电机输出轴2的实时温度ts，当ts大于tmin且小于tmax时，控制器分析ts的温度是否处于大于to-a且小于to+a区间，当ts处于大于to-a且小于to+a区间的时候，控制器不需要进行处理，实时接收温度传感器的数据。

具体而言，控制器分析出电机输出轴2的实时温度ts，当ts大于tmin且小于tmax时，但ts的温度不在大于to-a且小于to+a的区间范围时，控制器判断ts是否大于to+a，当ts大于to+a的时候，需要降低电机输出轴2温度，控制器控制第二止流阀和进水口8温度调节组进行温度的调低，直至电机输出轴2温度ts大于to-a，小于to+a区间时候，停止调整。当控制器判断ts小于to-a的时候，需要升高电机输出轴2温度，控制器控制第二止流阀和进水口8温度调节组进行调高，直至电机输出轴2温度ts大于to-a，小于to+a区间时候，停止调整，控制器并实时接收数据判断分析。

具体而言，本发明实施例中，本技术所属技术领域人员所知，酵罐温度的不同变化对发酵过程的影响是多方面的，会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制，除了这些直接影响外，温度还对发酵液的理化性质产生影响，比如发酵液的粘度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率、某些基质的分解和吸收速率，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。最适发酵罐发酵的温度是既适合菌体的生长，又适合代谢产物合成的温度，它随菌种、培养基成分、培养条件和菌种生长阶段不同而不同，理论上，整个发酵过程中不是只选一个培养温度，而应根据发酵的不同阶段选择不同的培养温度。

发酵罐对于温度的要求严苛，本发明实施例中还针对发酵罐的温度控制，设置了第三温度传感器组，用于对发酵罐罐体温度的监测，第三温度传感器组可以设置多个，分布在发酵罐表面的各个位置，通过若干第三温度传感器组的数值能够判断出发酵罐的温度，由于发酵液的体积很大，升降温度过程比较困难，本发明中采用根据不同阶段发酵液所需的温度和电机输出轴2的温度对比，得出发酵液的温度需要加热或者降温，

当需要加热的时候，执行上述升温操作，在操作过程中控制发酵液的温度，通过发酵罐罐体温度和电机输出轴2的温度关系，快速实现发酵罐温度的调节；同时，当发酵罐发酵不同的产品的时候，所需温度的不同阶段也是不同的，有的发酵罐对温度的降温时间没严格的要求，有的发酵液对温度的升降温度更加敏感，在此时，可以通过本发明中的温度调节组第一预设温度调节方式和第二温度调节方式实现温度的线性变化，对第二止流阀的流量控制和对进水口温度调节组的调节高低，实现对发酵液温度的精准把握，比如实现三分钟内快速往下降温五度，快速降温就意味着发酵液对温度的快速变化反应不敏感，此时可以采用第二止流阀使水流量达到最大流量，同时进水口温度调节组可以将温度降低到最低水温，以实现最快速度的降温，通过线性公式可以计算出需要降温的时间；再如，发酵液温度需要从30度降到10度，但是需要缓慢降温，这时可以通过控制器调节第二止流阀使水流量从当前流量中往上调整十分之一，温度可以从当前温度往下降低一个度的调节方式来实现缓慢调节的情况，此时发酵液的菌种可能对温度比较敏感，需要一个缓慢的过程来调节，温度的线性变化就成了一个重要的参考指标，可以根据进水口水流量和进水口温度的调节实现对发酵罐温度的调控。

比如酿酒发酵，在发酵罐中温度需要严格按照工艺曲线进行，否则就会影响酒的质量。在啤酒的发酵过程中，包括升温、高温恒温控制和降温及低温恒温控制三个阶段，其中，在升温阶段，根据第三温度传感器组得到发酵罐的实时温度m，根据发酵罐实时温度m与发酵需要温度的差值n，控制器控制第二止流阀减少水流量Qs的输入，同时提高水流量的温度Ts，使电机输出轴的温度ts能快速降低下来，从而实现在电机输出轴2搅拌的过程中使发酵罐温度升高，电机输出轴的温度调节组按照第二预设温度调节方式调节，具体为：

ts＝ts2+Tx(tmax-tmin)/T4，其中，T4表示预设的调节时间，ts2表示电机输出轴初始测定小于预设to-a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T2。

根据电机输出轴2的温度调节实现发酵罐的温度线性变化，根据温度变化的时间，可适当加快或者减慢调整的速度。发酵罐的温度需要提高n度，发酵罐温度与电机输出轴的温度关系表示为：

m＝cts+y，即ts＝(m-y)/c

式中，m表示发酵罐实时温度，c为自然系数，c＝1.3，ts为电机输出轴的实时温度，y为自然系数，y＝1；

发酵罐的实时线性变化调节方式为：

m＝cn+cTx(tmax-tmin)/T4+y，其中m表示发酵罐实时温度，c为自然系数，c＝1.3，n表示发酵罐需要的温度与实时温度m的差值，T表示调节时间，tmax为电机输出轴的最高温度，tmin为电机输出轴的最低温度，T4表示预设的调节时间,y为自然系数，y＝1；

当温度到达预设温度需要高温恒温控制的时候，控制器监控m和ts的实时温度的关系，当高于或者低于要求的高温温度时候，进行上述线性调整。

当酿酒发酵需要降温控制的时候，控制器控制第二止流阀增加水流量Qs的输入，同时降低水流量的温度Ts，使电机输出轴的温度ts能快速降低下来，从而实现在电机输出轴2搅拌的过程中使发酵罐温度降低，电机输出轴的温度调节组按照第一预设温度调节方式调节，

ts＝ts1-Tx(tmax-tmin)/T3，其中，T3表示预设的调节时间，ts1表示电机输出轴初始测定超过于预设to+a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T1。

同时，发酵罐的温度线性变化表现为：

m＝cn-cT x(tmax-tmin)/T3+y；其中m表示发酵罐实时温度，c为自然系数，c＝1.3，n表示发酵罐需要的温度与实时温度m的差值，T表示调节时间，tmax为电机输出轴的最高温度，tmin为电机输出轴的最低温度，T3表示预设的调节时间,y为自然系数，y＝1。

通过时间和温度的线性关系，可以改变缩短发酵所用的时间，而且精准的时间控制，使得发酵的效果更好，时间上和质量上都能得到改进。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其特征在于，包括：

电机本体，所述电机主体通过电机支架安装在发酵罐上，用以对所述发酵罐提供动力，所述电机本体的电机输出轴与发酵罐搅拌轴直驱连接；

水冷结构，包括进水口、出水口和水道，所述进水口和所述出水口设置在所述水道两端，所述水冷结构安装在电机外壳上，用以对所述电机进行降温；

控制系统，其包括温度传感器组、进水口温度调节组、流量传感器组、止流

阀组和控制器，所述温度传感器组包括第一温度传感器组和第二温度传感器组，

所述第一温度传感器组设置在所述电机输出轴上，所述第二温度传感器组设置在

所述进水口管道上，所述进水口温度调节组、所述流量传感器组和所述止流阀组

均设置在所述进水口管道上，所述控制器电连接所述温度传感器组、进水口温度

调节组、流量传感器组和止流阀组；

其中，所述控制器内储存有进水口标准流量Qo，进水口水流最低温度为To，电机输出轴的最低温度为tmin，电机输出轴的最高温度为tmax，电机输出轴标

准温度为to，所述控制器将所述第一温度传感器组测出的实时温度ts与电机输出轴的标准温度to相比较，判断电机输出轴需要降温还是升温，控制器控制止流阀组对进水口的实时水流量Qs进行控制调整和控制，所述进水口温度调节组对进水口水温度Ts实时进行调整；

所述止流阀组包括第一止流阀和第二止流阀，所述第一止流阀设置在所述进水口管道的预设位置，关闭所述第一止流阀能够完全截断进水口水流，所

述第二止流阀设置在所述第一止流阀与进水口的中间位置，关闭所述第二止流阀

能够部分截断所述进水口水流；

当电机输出轴实时温度ts低于电机输出轴最高温度tmax且高于电机输出轴最低温度tmin时，判断电机输出轴实时温度ts与to+a和to-a的关系，当电机输出轴实时温度ts大于to+a，判断所述电机输出轴需要降温，所述控制器控制所述第二止流阀按照预设的第一流量Q1开启时间T1，以使所述进水口水流量的增大；同时所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调低，以使电机输出轴实时温度ts小于to+a；当电机输出轴实时温度ts小于to-a，判断所述电机输出轴需要升温，所述控制器控制第二止流阀按照第二预设流量Q2开始时间 T2，以使所述进水口水流量的减少；同时所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调高，以使电机输出轴实时温度ts大于to-a，此时再重新判断实时流速Qs和标准流速Qo的关系；

当所述电机输出轴实时温度ts大于电机输出轴最高温度tmax时，所述控制器控制所述第二止流阀工作，以使所述进水口实时水流量Qs达到标准流量Qo，同时控制器控制进水口温度调节组工作，对进水口温度进行调低控制，直到电机输出轴温度ts在标准温度to的a容差范围内；

当所述电机输出轴实时温度ts小于电机输出轴最低温度tmin时，所述控制器控制第二止流阀工作，以使所述进水口实时水流量Qs降低为标准流量Qo的一半，同时控制器控制进水口温度调节组工作，对进水口温度进行调高控制，直到电机输出轴温度ts在标准温to的a容差范围内；

所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调低，以使电机输出轴实时温度ts小于to+a，在该过程中，

所述温度调节组按照第一预设温度调节方式调节，

ts=ts1-Tx（tmax-tmin）/T3

T3表示预设的调节时间，ts1表示电机输出轴初始测定超过于预设to+a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T1；

所述控制器控制所述进水口温度调节组进行温度调高，以使电机输出轴实时温度ts大于to-a，在该过程中，

所述温度调节组按照第二预设温度调节方式调节，

ts=ts2+Tx（tmax-tmin）/T4

T4表示预设的调节时间，ts2表示电机输出轴初始测定小于预设to-a时的温度值，T表示调节时间，随着调节时间的变化，温度调节组按照线性方式调整；其中，T3<T2。

2.根据权利要求1所述的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其

特征在于，所述电机输出轴下端设置有油封，所述油封包括第一道油封和第二道

油封，所述第一道油封包括油封支撑盖和 V 型密封圈，所述第二道油封包括油封支撑盖和唇形密封圈；所述电机输出轴的转动通过圆锥滚子轴承支撑，所述圆锥滚子轴承通过轴承支撑盖固定在电机下端。

3.根据权利要求 2 所述的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其

特征在于，所述 V 型密封圈与所述电机输出轴紧密配合，并通过所述 V 型密封圈的触角接触所述油封支撑盖，形成第一道油封；所述唇形密封圈粘贴在所述油封支撑盖上，并通过所述唇形密封圈的内圈与所述电机输出轴紧密配合，形成第二道油封。

4.根据权利要求2所述的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其特征在于，所述油封支撑盖通过螺栓固定到所述轴承支撑盖上，所述油封支撑盖与所述轴承支撑盖均设有密封沟槽结构，装配时在所述密封沟槽中安装密封条；所述电机本体所用转子为轮毂转子，所述轮毂转子固定在电机输出轴上。

5.根据权利要求1所述的用于发酵罐搅拌动力的智能电机的控制系统，其特征在于，所述电机输出轴与所述发酵罐搅拌轴通过联轴器直驱连接；所述电机输出轴特定区域喷涂绝缘涂层。

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